高压变频器对电网与电动机的影响

高压变频器对电网与电动机的影响

摘要:从煤矿发展趋势来看,变频调速对采煤机,主排水,压风机,主扇,主运皮带,主运提升都将广泛使用,因此对此高压变频器对电网与电动机影响有以下几点看法。

关键词:高压变频电网电动机

1 高压变频器概述

变频器是将固定频率的交流电变换为频率连续可调的交流电装置。

高压变频器在20世纪80年代中期才开始投入市场,但随着大功率高性能的电力电子器件的速度发展和市场的巨大推动力,高压变频器近20年的发展非常速度。使用器件已从SCQ.GTO晶闸管,GTR发展到IGBT.IGCT和IECT。功率范围从几百千瓦发展到几十兆瓦,现在高压变频器的设计制造和检测技术已经成熟,可靠性有充分的保障,使用面越来越广,我国有多个厂家可以生产高压变频器。

2 国内变频器厂家介绍

目前,主要国内生产厂家有北京利德华福、四川东方凯奇、湖北三环、山东风光、哈尔滨九洲、北京台康电气、广东中山朋。四川成都佳灵(采用无变压器模式,号称世界性突破)北京利德华福与东方凯奇公司,生产该产品时间最长，业绩也最多,在市场可称为第一梯队。

湖北三环，北京合康电气，山东风光哈尔滨九州仅有不到30台,业绩为第二梯队其余的为第三梯队。截止到2005年为止,国内投资的高压变频器约1000左右,国内生产稳定运行的就频器在1600kW以下,最大试运行的变频器在2200kW左右,且全部为风冷,与国外在3500kW以上液泠的现状有较大差距,国内的厂家基本走的失量叠加型的技术线路。

3 国内与国外变频器的比较

高(中)压变频器通常指电压等级在IkV以上的大容量变频器按照国际惯例,供电电压小于10kV而大于等于1kV时称中压,大于等于10kV时称高压相应额定电压的变频器应分别称为中压变频器和高压变频器。

我国习惯1kV以上的电气设备均称为高压设备有的变频器生产企业将电压范围为1kV～3kV称为中压变频器,电压范围为6kV～10kV及以上的称为高压变频器。

4 使用高压变频器后对电网的谐波,功率因数等方面的影响

4.1 谐波

在电力系统中,理想条件下,希望电流和电压均为正弦波,当工作时,电流就会成非正弦波,非正弦电流在电网阻抗上产生电压降,从而造成负载侧的电压波形也变成为非正弦波,对于周期性的非正弦波。谐波的危险非常严重。一方面,谐波使电能的生产,传输和利用的效率降低,设备过热,绝缘老化,使用寿命降低,严重时还会使设备因谐波发生故障或烧毁,谐波设备中还会产生机械振动和声,严重时还会使设备电和机械产生谐振,别外谐波也可能引起电力系统的局部串联式或并联式谐振,引起保护系统误动作,谐波在电力系统线路中的传传输或者在设备工作中发射还会对电网中的设备或设备回通信号,设备使用产生严重干扰。

4.2 谐波对电力电子器件以及电力电子装置

本身也造成很大损伤,谐波回增加系统损耗,损耗的增加直接导致系统的发热量增加,相应要求系统的散热措施要加大,造成系统体积,成本增加,同时还会因为谐波造成装置的过电流、过电压等问题,从而影响系统的可靠性,因此对于网络供电质量,用户用电的各级电网中的谐波有着严格的限制。例如,按照GB/14549—1993的要求,6kV等级电网中总的电压谐波不允许超过协议容量的4%,其中本电网用电装置产生的电压谐波不允许超过2.4%。正弦电压加到线性无源元件,如电阻,电容和电感上时,其电流和电压为正弦波,但当正弦电压加到非线性电路(如各类电力电子装置)时,远不如电压源型变频器。

4.3 谐波仰制

高压变频器装置因其功率较大,在电力系统网中都属较大型用电设备,如果谐波与功率因数处理不当,就会成为网络中的一个大的干扰源。

解决方法:一是装谐波补偿装置来补偿谐波,这对各种谐波源都适合。另一种是对电力电子装置本身进行改造,使其不产生谐波,功率因数可控制为1,这只适用于主要谐波的电力电子装置。谐波滤波装置的传动方法是采用IC滤波器,即可补偿谐波,又可补偿无功功率,且结构简单,一直被广泛使用,但其存在诣多问题。

4.4 采用有源电力滤波器

其基本原理是从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等,而极性相反的补偿电流,从而使电流中只含有基波分量。

4.5 功率因数

电力系统网络元件及负载主要都是阻感性的,因此在电力传输过程中需要提供无功功率,无功功率对电网的影响主要有以下几点。

(1)增加设备容量,无功功率的增加,会导致电流增大和视在功率增加,从而使发电机,变压器及其电气化设备容量和导线载面积增加,同时,电力用户的起动及控制设备,测量仪表的规格和尺寸也加大。

(2)无功功率的增加,使总电流增加,使设备及线路损耗增加。

(3)使线路及变压器的电压降增大,如果是冲击性无功功率负载,还会使电压产生剧烈波动,供电质量严重降压。阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作,这是由其本身的性质所决定的,异步电动机和变压器都是典型的阻感负载源,所消耗的无功功率在电力系统所提供的无功功率中占有很大比例。

5 变频器优点

变频器作为一种高效起动及调速方式,起动性能好,自动平滑加速,保护性能完善,且能实现故障,判断显示具备精度高,节能效果好等优点。

影响变频器的价格因素有以下几点。

(1)容量越大,成本越高,销价也越高。

(2)电压等级同容量的情况下,电压等级越高,成本越高。

(3)与变频器容量,电压等级不相关的系统分别为:柜体,控制系统。

(4)对变频器构成的影响主要有以下几方面。

①变压器(容量大变压器就大价格就高)。

②功率单元(与容量大小相关,电压等级高则用的功率单元就多,成本及价格就越高)。

③连接系统(与电压等级相关,主要是电缆长度,单元个数多,则所需电缆数就多)。

6 结语

电力电子装置是一种典型的非线性装置,其无功功率主要由两类组成:一种是由基波电流引起的无功功率Q,这类无功功率可以采用常规的办法仰制;另一种是由谐波电流引起的无功功率Q,这类无功功率的仰制必须通过解决谐波问题来仰制,对于电力系统而言,无功功率和谐波仰制常常作为一个整体方案来解决。